一种暂态恢复期抑制有功振荡与退饱和延迟的相角补偿方法及系统与流程

本发明属于新能源电力系统领域，具体涉及一种暂态恢复期抑制有功振荡与退饱和延迟的相角补偿方法及系统。

背景技术：

1、随着新能源高比例并网，传统跟网型逆变器在弱电网工况下易引发控制回路交互失稳。具备电压源特性的构网型逆变器通过模拟同步发电机的物理特性，为电网提供电压与频率支撑。在构网型控制中，单电压环幅值控制架构去除了电流内环与解耦环节，消除了参数耦合问题，提升了电压响应速度与弱网适应性。但该架构无法直接限制输出电流，电网电压暂降时会产生暂态压差并引发暂态过电流。现有技术通常引入基于电流幅值触发的动态虚拟阻抗，在故障期间注入阻抗压降以限制电流。然而，系统在电压暂降期间维持恒定有功指令时，控制回路内会产生机电与电气不平衡，导致故障切除瞬间发生暂态震荡，主要表现在以下两个维度：

2、一是机电功率不平衡引发的有功振荡与失步风险。根据有功功率传输方程，电压暂降期间为维持恒定有功指令，功角环路产生正向功率偏差并经积分器累积，导致物理功角增加。故障切除瞬间，因相角状态量不可突变，功角维持暂态末期的大值。恢复的电网电压与该功角状态共同作用，引起暂态有功功率过载与负向电磁制动转矩，导致功率减速振荡。深度暂降工况下，若功角跨越暂态稳定极限，系统状态将发散并发生相位翻转，导致逆变器脱网。

3、二是动态虚拟阻抗持续激活引发的内电势退饱和延迟。故障期间，虚拟阻抗压降使并网点电压低于额定指令。电压外环因持续正向误差发生积分累积，导致内电势达到饱和上限。故障切除后，暂态功率引起的过电流使虚拟阻抗维持激活状态，其压降阻碍并网点电压回升。电压外环因缺乏负向误差反馈，使内电势在故障切除后维持饱和状态，降低了系统向稳态恢复的动态响应速度。

4、综上所述，现有单电压环幅值控制构网逆变器在恒功率低压穿越工况中，缺乏在暂态向稳态过渡时对核心状态量的干预机制。基于小信号的阻尼优化方法难以应对大信号功角发散与状态量饱和。因此，针对含动态虚拟阻抗的单电压环控制系统，需研究一种暂态恢复期相角补偿方法，通过在故障切除时补偿累积的功角偏差，以解除内电势饱和并抑制有功功率振荡。

技术实现思路

1、基于此，本发明提出一种暂态恢复期抑制有功振荡与退饱和延迟的相角补偿方法及系统，以解决含动态虚拟阻抗的单电压环逆变器在恒功率低压穿越故障切除后，存在的有功功率振荡与内电势退饱和延迟问题，本发明通过实时计算并网点电压变化率，判定系统进出暂态并锁定对应功角，在故障切除瞬间将相角积分器重置为暂态前的稳态值。该操作补偿了暂态期间累积的功角偏差，减小了系统机电功率差。同时，基于相角重置带来的电流回落，促使动态虚拟阻抗退出，最终在抑制有功功率振荡的同时，解除了内电势的退饱和延迟。

2、本发明所采用的技术方案在于：

3、一种暂态恢复期抑制有功振荡与退饱和延迟的相角补偿方法，应用于含有动态虚拟阻抗的单电压环幅值控制构网型逆变器中，包括以下步骤：

4、步骤一、实时采集构网型逆变器并网点电压与输出电流，通过功率外环计算生成系统角频率ω与并网点电压指令uref，并将所述系统角频率ω经积分器生成内部相角θ；

5、步骤二、基于所述并网点电压指令uref与动态虚拟阻抗模块输出的补偿压降，生成d轴调制电压ud与q轴调制电压uq，用于后续pwm调制以驱动逆变器；

6、步骤三、计算并网点电压幅值的变化率du/dt作为系统进入和退出暂态的判据；当监测到系统进入暂态时，触发第一采样保持逻辑，锁定进入暂态前的稳态功角δss；当监测到系统退出暂态时，触发第二采样保持逻辑，锁定退出暂态前的瞬时功角δsr；

7、步骤四、计算所述瞬时功角δsr与所述稳态功角δss之间的差值，生成暂态功角补偿量δδ；

8、步骤五、获取暂态退出时刻相角积分器的相角θ(t-c)，将所述暂态功角补偿量δδ经过弧度制转换得到的相角补偿量从所述相角θ(t-c)中剔除，合成相角积分器内部的初始相角θinit；

9、步骤六、在故障切除退出暂态瞬间，将所述初始相角θinit作为初始条件，注入所述相角积分器中完成状态补偿，以更新所述内部相角θ。

10、进一步的，步骤一，实际有功功率p与有功指令pref的偏差经摇摆方程控制器并叠加额定角频率生成所述系统角频率ω及所述相角相角θ；实际无功功率与无功指令的偏差经下垂控制并叠加额定电压指令生成所述并网点电压指令uref。

11、进一步的，步骤二中，并网点电压幅值upccmag与所述并网点电压指令uref的偏差经比例积分调节后，减去d轴虚拟阻抗压降uzd生成所述d轴调制电压ud；所述q轴调制电压uq由常数0减去q轴虚拟阻抗压降uzq生成。

12、进一步的，所述d轴虚拟阻抗压降uzd与q轴虚拟阻抗压降uzq的生成逻辑为：

13、在电压暂降期间，当电流幅值imag超过安全阈值ith时，激活死区非线性环节, 分别乘以增益krv与kxv生成虚拟电阻rv与虚拟电抗xv；结合输出电流的d、q轴分量id、iq，压降计算公式为：

14、；

15、；

16、通过将所述d轴虚拟阻抗压降uzd与q轴虚拟阻抗压降uzq补偿至单电压环，限制逆变器暂态电流；在步骤六执行相角补偿后，系统电流瞬时回落，使动态虚拟阻抗快速退出，解除电压外环内电势e退饱和延迟。

17、进一步的，步骤三中，所述稳态功角δss和所述瞬时功角δsr的计算逻辑为：采集电网三相电压，将电网三相电压以逆变器内部相角为定向基准，通过abc/dq0坐标变换解算出d轴电压分量ugd与q轴电压分量ugq；随后利用非线性反正切函数解算出角度制物理功角，计算公式为：

18、；

19、进一步的，步骤三中，所述进出暂态的触发逻辑具体为：设定暂降阈值与恢复阈值；当电压变化率du/dt低于所述暂降阈值时，通过边缘检测配合单稳态触发器输出故障跌落脉冲，激活第一采样保持器锁定所述稳态功角δss；当电压变化率du/dt高于所述恢复阈值时，通过边缘检测配合单稳态触发器输出故障切除脉冲，激活第二采样保持器锁定所述瞬时功角δsr。

20、进一步的，步骤五中，所述初始相角θinit的合成公式具体为：

21、；

22、式中，π/180为角度制向弧度制的转换系数，用于统一所述暂态功角补偿量δδ与所述暂态退出时刻相角积分器的相角θ(t-c)之间的量纲。

23、一种暂态恢复期抑制有功振荡与退饱和延迟的相角补偿系统，用于实现如上所述的方法，所述系统包括：

24、电磁状态提取模块，用于计算并网点电压的实时物理功角与电压变化率du/dt；

25、双重采样保持模块，用于根据所述电压变化率du/dt发出的事件脉冲，分别锁存故障前的稳态功角δss与故障末期的瞬时功角δsr；

26、偏差补偿计算模块，用于计算所述瞬时功角δsr与所述稳态功角δss之间的差值，生成暂态功角补偿量δδ；

27、状态相角合成与重置模块，用于读取暂态退出时刻所述相角积分器的相角θ(t-c)，将所述暂态功角补偿量δδ经过弧度制转换得到的相角补偿量从所述相角θ(t-c)中剔除，合成相角积分器内部的初始相角θinit，并在故障切除瞬间将所述初始相角θinit直接注入所述相角积分器作为暂态恢复期的初始相角。

28、进一步的，所述双重采样保持模块包括第一采样保持器和第二采样保持器；所述第一采样保持器由所述电压变化率du/dt低于暂降阈值时触发的故障跌落脉冲激活，用于锁定所述稳态功角δss；所述第二采样保持器由所述电压变化率du/dt高于恢复阈值时触发的故障切除脉冲激活，用于锁定所述瞬时功角δsr。

29、进一步的，所述状态相角合成与重置模块包括减法运算单元和寄存器覆写单元；所述减法运算单元用于执行初始相角的代数运算；所述寄存器覆写单元在故障切除瞬间将常规积分累加逻辑挂起，将所述初始相角θinit直接覆写至所述相角积分器的累加器中。

30、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

31、（1）本发明通过实时计算并网点电压变化率判定系统进出暂态并锁定对应功角，在故障切除瞬间将相角积分器直接重置为暂态前的稳态值。该操作补偿了暂态期间累积的功角偏差，减小了系统机电功率差，从物理源头上抑制了有功功率振荡，避免了深度暂降工况下的失步发散风险。

32、（2）本发明通过瞬时相角重置使功角快速收敛，带动暂态电流快速回落，促使动态虚拟阻抗在故障切除后即刻退出并清零阻抗压降，使电压外环获得反向调节所需的误差反馈，解除了内电势的退饱和延迟，显著提升了构网系统向稳态恢复的动态响应速度。